Small Methods:开发高稳定锂硫电池中的原位表征技术

锂硫电池是一类基于单质硫正极活性材料的电池体系。锂硫电池具有极高的正极理论能量密度(2500 Wh kg1),原料成本低廉,因而成为下一代电池体系中的明星。锂硫电池的充放电过程中具有多电子电极反应步骤。在放电时,单质硫经固液反应生成可溶性的高价多硫化物,随后在第二阶段高价多硫化物由液相反应生成低价多硫化物,最后在液固反应下生成硫化锂。这样的反应过程在提供很高比容量的同时,也面临着活性材料较差的导电性和充放电过程中活性物质溶解和扩散带来的副反应等问题,限制了其实际应用。在解决这些问题的过程中,相关研究先后开发了多种表征技术来对锂硫电池中各种过程和机制进行分析。在这些表征分析里面,原位分析技术具有独特的优势,对锂硫电池这样一个复杂体系中的实际过程具有很强的追踪能力,避免了在样品制备和测试引入的偏差。

澳洲昆士兰大学的研究人员基于锂硫电池相关原位表征技术进行了总结和分析。他们主要基于原位透射电子显微镜、同步辐射、原位小角散射、原位X射线衍射、原位拉曼光谱、原位中子散射、原位核磁等几种主要的表征手段在锂硫电池正极液相和固相以及锂硫电池负极固态电解质层和枝晶生长等方面的应用进行了评述。这些方法在不同的时间尺度和空间尺度下为我们提供了物质转化与迁移的准确信息,具有重要的意义。例如,对充放电过程中锂硫电池的电极进行连续的光谱学表征,可通过X射线衍射和拉曼光谱的连续变动,分析不同充放电状态中各物质的转化与状态,获得锂硫电池性能的突破点。该文章总结的方法对于锂硫电池的相关研究具有很大的参考价值。

图片说明:锂硫电池研究中的原位表征技术

该文章的通讯作者和第一作者分别为昆士兰大学的研究员Ruth Knibbe博士和博士后Ming Li。成果在线发表于Small Methods 上(DOI:10.1002/smtd.201800133)。

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